冷凍干燥(也稱為凍干)行業(yè)對生產(chǎn)力和盈利能力的需求正在增加。這種增加促使業(yè)內(nèi)從業(yè)者考慮冷凍干燥與噴霧干燥相比的優(yōu)勢。因此,在本文中,我們在考慮兩者的優(yōu)勢,以幫助您選擇適合您的項(xiàng)目和產(chǎn)品的干燥技術(shù)。
冷凍干燥or噴霧干燥如何抉擇?
干燥在生物制藥行業(yè)被廣泛認(rèn)為是保存各種藥物制劑和生物制品的理想方法。當(dāng)液態(tài)穩(wěn)定性不足、儲存要求過于嚴(yán)格或需要固體形式的產(chǎn)品以延長保質(zhì)期或?qū)崿F(xiàn)不同氣候和環(huán)境之間的運(yùn)輸時(shí),就需要使用合適的干燥技術(shù)。
冷凍干燥無疑是各種材料和應(yīng)用中公認(rèn)的“優(yōu)選”干燥工藝。然而,由于成本、API的可用性以及有時(shí)加工和生產(chǎn)量,對替代方法進(jìn)行評估以確保使用適合產(chǎn)品和/或項(xiàng)目的干燥方法。
較為流行的冷凍干燥替代方法是噴霧干燥。噴霧干燥具有多種優(yōu)勢。盡管與冷凍干燥相比,它是行業(yè)中的新手,但它展示了在可擴(kuò)展級別(連續(xù)而不是逐批處理)處理更高吞吐量的能力。因此,噴霧干燥也可被視為產(chǎn)品干燥的可行選擇,具體取決于相關(guān)加工要求和產(chǎn)品應(yīng)用。
兩者的干燥過程
冷凍干燥
冷凍干燥的原理涉及以受控方式對產(chǎn)品進(jìn)行初始冷凍,以控制冰晶結(jié)構(gòu)。 然后將其置于真空中,在真空中進(jìn)行升華(或初步干燥)以去除未結(jié)合的水。接下來是二次干燥以升華結(jié)合水,將材料降至用戶定義的殘留水分水平。此階段的目標(biāo)是結(jié)合水而不是未結(jié)合/游離水,因此需要更多的能量來通過將擱板溫度提高到+20°C或更高來驅(qū)動該過程。當(dāng)加上低氣壓時(shí),它會導(dǎo)致冰直接變成水蒸氣(通過液相),這個(gè)過程叫做升華。
根據(jù)在給定凍干周期中干燥的樣品的性質(zhì),溫度和真空之間的微妙平衡對于確保在干燥后生產(chǎn)成功的批次而不影響產(chǎn)品功效和活力至關(guān)重要。為實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),不同類型的產(chǎn)品及其體積可能需要根據(jù)其固有的樣品特性進(jìn)行12小時(shí)到5天的冷凍干燥。
噴霧干燥
噴霧干燥通常被認(rèn)為是一個(gè)更簡單(和更快)的過程,涉及在一個(gè)步驟中將液體制劑轉(zhuǎn)化為干粉。溶液被霧化成細(xì)小的液滴,然后在一個(gè)大室中使用熱氣體快速干燥。然后用旋風(fēng)分離器收集所得干燥顆粒。
盡管根據(jù)經(jīng)驗(yàn),噴霧干燥比冷凍干燥更快且更便宜,但其中一個(gè)顯著缺點(diǎn)是它需要高加工溫度和剪切力。當(dāng)然,在受到嚴(yán)格控制的制藥和生物技術(shù)行業(yè)中,這些是許多客戶力圖避免的,在這些行業(yè)中,有效性的可行性和工藝參數(shù)與敏感的 API 和配方相關(guān);因此,噴霧干燥更適合用于相當(dāng)耐寒的產(chǎn)品。
冷凍干燥中的產(chǎn)品溫度在初級干燥中通常低于0°C,在二級干燥中通常為20-30°C,而噴霧干燥中的產(chǎn)品溫度通常高于 80°C。在這些較高 (80°C) 溫度下工作的直接影響可能是干燥后樣品質(zhì)量在固有產(chǎn)品特性方面的整體損失,例如:
1.功效/生存力;
2.味道/氣味/顏色;
3.一致性;
4.營養(yǎng)價(jià)值,即食品相關(guān)產(chǎn)品中的營養(yǎng)素;
5.生物產(chǎn)量—更高水平的細(xì)胞(即細(xì)菌)對數(shù)減少;
6.蛋白質(zhì)降解。
行業(yè)中的應(yīng)用
這兩種工藝都可用于廣泛的應(yīng)用。例如,冷凍干燥通常用于保存不同類型的細(xì)胞、精細(xì)化學(xué)品、實(shí)驗(yàn)室試劑和注射疫苗,以及食品工業(yè)和乳制品。因?yàn)樗ǔJ怯弥苯友b在小瓶或其他容器中的產(chǎn)品進(jìn)行的,所以這種加工方法適合干燥后不需要進(jìn)一步加工的配方;此外,小瓶可以在冷凍干燥機(jī)的原位密封,從而避免循環(huán)完成時(shí)的潛在污染。
另一方面,噴霧干燥更常與批量加工相關(guān),而不是基于小瓶的加工。 然而,一個(gè)普遍的誤解是噴霧干燥僅適用于食品和穩(wěn)定的原料藥,而當(dāng)代研究表明它可能是用于某些復(fù)雜產(chǎn)品(例如微囊化細(xì)菌和納米顆粒)的有效方法。
效率、質(zhì)量與成本
人們普遍認(rèn)為與噴霧干燥相關(guān)的成本低于冷凍干燥的成本,這使得該技術(shù)成為某些市場感興趣的技術(shù)之一。與冷凍干燥相關(guān)的分批形式不同,噴霧干燥對更大的吞吐量潛力更開放,可以被視為“連續(xù)過程”。
此外,冷凍干燥的優(yōu)勢在于產(chǎn)品的穩(wěn)健質(zhì)量。 控制低加工溫度可盡可能大限度地降低產(chǎn)品固有特性的任何風(fēng)險(xiǎn),例如塌陷、共晶熔化或超過玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,從而使凍干產(chǎn)品加工成較高質(zhì)量。生物制藥在噴霧干燥過程中可能會受到剪切應(yīng)力,再加上所需的高加工溫度會使蛋白質(zhì)等化合物不穩(wěn)定并損害產(chǎn)品性能,最終降低產(chǎn)品功效。
總結(jié)
總之,兩種產(chǎn)品干燥工藝方法在正確使用且適用于合適的產(chǎn)品時(shí)都是有效的。為了在包括干燥階段的產(chǎn)品加工中獲得理想結(jié)果,最終決定哪種方法更適合項(xiàng)目或持續(xù)加工需求的因素將是最終產(chǎn)品的質(zhì)量及其如何到達(dá)最終用戶 。